研究高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

【摘要】高層建筑的功能多、類型多，需采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)需求。高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層有著重要的作用，提高了建筑施工的質(zhì)量，同時保障高層建筑的抗震能力，設(shè)計人員應(yīng)充分掌握結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層方面知識，并且與實際要求相結(jié)合，在符合設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上做出科學(xué)合理的設(shè)計，使建筑物的穩(wěn)定性得到切實保障。本文對帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;梁式轉(zhuǎn)換層;設(shè)計

1、引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑的功能越來越多，居住、娛樂、銷售等多個功能均集中體現(xiàn)到建筑工程中，這時就需要梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計來規(guī)劃建筑功能，確保高層建筑能夠滿足功能的需求。梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計在高層建筑中具有足夠的穩(wěn)定性，完善了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保高層建筑的整體安全性。

2、帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

通常來說，由于高層建筑上下部分的功能與用途上有所不同，所以所運用的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式也存在不同，旨在以此來確保建筑設(shè)計達(dá)標(biāo)及符合建設(shè)需求。而且要對樓層間的結(jié)構(gòu)實施轉(zhuǎn)換的處理措施，確保建筑物整體性的結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定。即稱之為建筑物的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。現(xiàn)階段國內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主要呈現(xiàn)以下三類形式：梁式、板式以及箱形的轉(zhuǎn)換層。作為建筑設(shè)計人員必須要綜合工程實況需求來進行考量，并對類型不相同的結(jié)構(gòu)必須展開具有針對性的不同設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)與合理。在此需要注意的設(shè)計原則如下：①對建筑物的相關(guān)信息及數(shù)據(jù)要注意收集和整理，以確保所掌握的施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。②落實好工程建模方面的工作，將數(shù)據(jù)和信息切實有效的輸入至計算機中，并依照有關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)輸出信息，進而確保建模設(shè)計質(zhì)量的提高。③對建筑物的整體結(jié)構(gòu)展開計算，盡最大限度確保高層建筑結(jié)構(gòu)自身的載荷能力和抗震性能最大化呈現(xiàn)，以提升轉(zhuǎn)換層設(shè)計效果。

3、高層建筑對梁式轉(zhuǎn)換層的功能需求

高層建筑對梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計有一定的需求，高層建筑的功能決定了梁式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用方法[1]。現(xiàn)階段高層建筑中，什么類型的工程需要用到梁式轉(zhuǎn)換層是行業(yè)中較為關(guān)注的問題，這樣能夠明確梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的實際應(yīng)用。高層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計了非常密集的下部結(jié)構(gòu)，雖然下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較好，但是建筑的樓層越高受力就越不穩(wěn)定，尤其是上方受力密度會呈現(xiàn)下降的趨勢，建筑整體上會有下密上疏的表現(xiàn)，上部結(jié)構(gòu)大多為辦公、居住的功能，不能有密度低和受力不均的情況，這種情況下高層建筑就應(yīng)該設(shè)計梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，梁式轉(zhuǎn)換層促使高層建筑上下結(jié)構(gòu)之間的傳力均衡，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，平衡高層建筑的內(nèi)部受力，同時還能把控好整個建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。

4、高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層的形式及結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

4.1高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層的形式

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中常見的形式有如下幾類，分別是：梁墻梁式結(jié)構(gòu)、厚板結(jié)構(gòu)、箱型結(jié)構(gòu)、斜桿支架式結(jié)構(gòu)、空腹支架式等幾類，高層建筑中有80%比例的工程項目中選用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，高層建筑的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)中大多都采用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，目的是完善建筑功能，強調(diào)高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。4.2高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

高層建筑最大的特點就是高度高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此其施工難度也往往較大，尤其是在運用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)模式，則會進一步加大其施工難度。由于國內(nèi)在高層建筑轉(zhuǎn)換層的具體應(yīng)用及相關(guān)研究起步較晚，所以目前在技術(shù)方面尚處于初級階段，在經(jīng)驗上也相當(dāng)?shù)牟蛔悖┕み^程中經(jīng)常會遇到這樣或那樣的問題。而當(dāng)問題出現(xiàn)后，我們要做的是逐個對問題進行認(rèn)真分析，找出有效的解決對策，這樣才能夠保障工程質(zhì)量。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，在高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要需要注意以下要點：①在設(shè)計過程中，轉(zhuǎn)換層下方的結(jié)構(gòu)不能設(shè)計成柔軟層，否則其力度不足以支撐起整個建筑，容易發(fā)生建筑倒塌事故，危害到人民財產(chǎn)安全;②在設(shè)計過程中，轉(zhuǎn)換層上、下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度可以設(shè)計得相近，這樣在改變轉(zhuǎn)換層的剛度系數(shù)時可以更加方便有效;③在設(shè)計過程中，底部轉(zhuǎn)換層的剛度與高度是互相影響、互相聯(lián)系的，所以應(yīng)當(dāng)在滿足建筑所需剛度的前提下，合理對轉(zhuǎn)換層的高度進行控制，這樣可以更加提高建筑的穩(wěn)固性;④在設(shè)計過程中，一般高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)模式都有專門的施工規(guī)范，所以應(yīng)當(dāng)要嚴(yán)格依照相關(guān)施工規(guī)范來進行施工設(shè)計，以保證設(shè)計和施工具備合理性、科學(xué)性以及可行性。對此，在開展高層建筑轉(zhuǎn)換層的實際設(shè)計過程中，必須要嚴(yán)格遵循上述要點來進行設(shè)計。

5、梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要點和注意事項

梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的設(shè)計要點主要有3點，探討這3點設(shè)計要點和注意事項，如下：

5.1框支柱設(shè)計要點及注意事項

框支柱在高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中的設(shè)計要注意建筑自身的地震級別，按照地震級別規(guī)劃框支柱級配，框支柱的設(shè)計參數(shù)需靈活調(diào)整，設(shè)計中參考一級軸力值和二級軸力值，調(diào)整完之后放大受力值，選擇匹配的擴大系數(shù)，建議一級為1.50，二級為1.25，在此基礎(chǔ)上計算框支柱數(shù)量。框支柱設(shè)計中要注意框支柱決定了梁式轉(zhuǎn)換層中的框支層。框支柱設(shè)計時的受力總和不能超過地基受力的百分之二十，假如高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中的框支柱超出10根，此時框支層可設(shè)計成1層、2層[3]。框支柱設(shè)計中，剪力、受力以及框支層中出現(xiàn)的差異要根據(jù)梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的實際情況調(diào)整或確定，進而計算出框支柱的設(shè)計數(shù)值，應(yīng)用到高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層上。

5.2截面設(shè)計要點及注意事項

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中的截面設(shè)計要根據(jù)梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，同時根據(jù)轉(zhuǎn)換層的受力，設(shè)計出柱型截面或者托墻型截面。截面設(shè)計時要計算出截面的尺寸大小，規(guī)范設(shè)計截面的配筋，要以梁式轉(zhuǎn)換層的實際情況為根據(jù)設(shè)計剪壓比，為了預(yù)防截面上有脆性破壞，還需調(diào)整轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸，一定要保證截面有正確的含箍率，計算中要把剪力值乘上1.2，該數(shù)值為放大系數(shù)，梁式轉(zhuǎn)換層的主筋中不能設(shè)計接頭，需要有一半以上的主筋設(shè)計成貫穿狀態(tài)，截面的梁式轉(zhuǎn)換層上不能有開洞設(shè)計。截面設(shè)計中要注意使用混凝土的強度不能低于C30，如有滿跨的情況就要采取深梁設(shè)計，確保梁式轉(zhuǎn)換層能夠起到作用。截面設(shè)計時還要重點考慮軸向拉力的影響，根據(jù)實際情況提升縱筋的配筋量，設(shè)計時不要運用偏心受拉構(gòu)件，一定要確保截面設(shè)計符合高層建筑的需求，確保梁式轉(zhuǎn)換層的準(zhǔn)確應(yīng)用。

5.3框支梁設(shè)計要點及注意事項

框支梁在梁式轉(zhuǎn)換層中的設(shè)計要點集中在受力分析和參數(shù)計算兩個點上，高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層中，框支梁存在多方受力，如結(jié)構(gòu)載荷、內(nèi)部傳輸力等，以剪壓比為參考計算出框支梁界面的尺寸，框支梁界面和梁式轉(zhuǎn)換體存在著直接的關(guān)系，尤其是穩(wěn)定性關(guān)系，框支梁設(shè)計期間必須要考慮框支梁跨度的影響，一般情況下框支梁跨度的六分之一用作框支梁跨度設(shè)計的參考，而高層建筑墻體厚度關(guān)系到框支梁的寬度數(shù)值，框支梁寬度可設(shè)計成墻體的兩倍，不能低于4m。框支梁設(shè)計時非常復(fù)雜，其有繁瑣的受力結(jié)構(gòu)，其為梁式轉(zhuǎn)換層中較為復(fù)雜的一類，合理設(shè)計框支梁的受力，準(zhǔn)確計算框支梁中的參數(shù)，發(fā)揮框支梁中級配受力的應(yīng)用。

5.4 對樓板進行設(shè)計

對于高層建筑轉(zhuǎn)換層樓板，最主要的任務(wù)就是對上下樓層的剪力進行有效傳輸。通過對剪應(yīng)力設(shè)計樓板的剛度以及強度進行有效結(jié)合，確保樓板技術(shù)承受非常大的剪應(yīng)力也不會出現(xiàn)任何開裂或者變形。對于轉(zhuǎn)換層樓板的最小截面高度而言，應(yīng)該是要超過18厘米的，而且在板面以及板底之間應(yīng)該進行雙向配筋，這樣可以使得鋼筋能夠在樓板墻體或者在周邊邊梁當(dāng)中進行很好的固定。對于轉(zhuǎn)換層樓板而言，是不能出現(xiàn)任何錯層的，在簡體位置以及落地剪力墻位置樓板不能出現(xiàn)任何開洞情況，這樣就可以將轉(zhuǎn)換層樓板的整體性大幅度提升上去。在對高層建筑的使用功能以及設(shè)計需求進行充分考慮之后才可以對樓板進行開洞操作，而且還可以將邊梁在洞口周邊進行布置，通過進行機械焊接完成對鋼筋的接頭[4]。

6、梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計在高層建筑中的發(fā)展前景

高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計的發(fā)展前景非常好，梁式轉(zhuǎn)換層的發(fā)展中，可以匯總出3類在高層建筑上較為常用的結(jié)構(gòu)，分別是：（1）鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層，此類梁式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢較多，比如剛度優(yōu)勢、承載優(yōu)勢等，這類結(jié)構(gòu)在高層建筑中并沒有普及起來，是未來發(fā)展的主要結(jié)構(gòu)形式，其可減少支模拆模的操作量，加快工程進度[4];（2）預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層，此類結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層中，混凝土受到一定程度的預(yù)壓應(yīng)力，避免混凝土有開裂的情況，而且預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的梁式轉(zhuǎn)換層有著輕量的優(yōu)勢，有助于節(jié)約材料和成本，其適用于大跨度轉(zhuǎn)換的高層建筑中;（3）新型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也就是疊層桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是跟隨著高層建筑的發(fā)展而興起的，把多個大截面的桿件結(jié)合起來，結(jié)合的方式為桁架空間疊層，促使新型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定的傳遞高層建筑中的荷載，實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。

結(jié)語：

隨著人們對高層建筑功能性和實用性的要求越來越高，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計理念和技術(shù)也在不斷的提高和創(chuàng)新。結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)來說，它本身就要承載強度很大的荷載力，所以轉(zhuǎn)換層作為其中的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其涉及難度很大且要求很高。所以高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計對高層建筑多功能、復(fù)合型性能的正常發(fā)揮有著決定性的作用。它也是高層建筑整體工程質(zhì)量中十分關(guān)鍵的一環(huán)。

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作者簡介：

陳豐（1975.08—），湖南南縣，漢族，研究生，高級工程師，現(xiàn)主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。